臭氧老化测试：橡胶制品抗臭氧腐蚀性能检测技术详解

一、引言

臭氧（O₃）是大气中一种强氧化性气体，尽管在平流层对地球具有保护作用，但在近地面环境中，尤其在工业区、城市交通密集区域，臭氧浓度可显著升高。对于橡胶制品而言，臭氧是一种极具破坏性的环境因素。即使在极低浓度（25–100 ppb）下，臭氧也能引发不饱和橡胶（如天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶等）表面产生龟裂（臭氧龟裂），严重降低其力学性能与使用寿命。

因此，臭氧老化测试成为评估橡胶制品耐候性、预测服役寿命、优化配方设计及质量控制的关键手段。本文系统介绍臭氧老化测试的原理、标准体系、试验方法、影响因素及结果评价，为橡胶产品研发与检测提供技术参考。

二、臭氧老化的机理

2.1 化学反应过程

臭氧分子（O₃）极易与橡胶高分子链中的碳-碳双键（C=C）发生加成反应，生成不稳定的初级臭氧化物，随后分解为自由基，引发链式氧化反应，最终导致：

• 主链断裂 → 分子量下降 → 拉伸强度、弹性模量降低

• 表面微裂纹形成 → 在应力作用下迅速扩展为宏观龟裂

2.2 臭氧龟裂特征

• 方向性：裂纹垂直于拉伸应力方向

• 深度快、宽度窄：初期裂纹细而深，发展迅速

• 无屈挠疲劳特征：区别于动态疲劳裂纹，臭氧裂纹呈“刀切”状

⚠️ 注：饱和橡胶（如三元乙丙橡胶 EPDM、硅橡胶、氯丁橡胶 CR）因不含 C=C 键，具有优异的抗臭氧性能。

三、臭氧老化测试标准体系

3.1 国际标准

3.2 中国国家标准

✅ 当前国内臭氧老化测试主要依据 GB/T 7762.1—2014 和 GB/T 7762.2—2023。

四、臭氧老化测试方法详解

4.1 静态应变试验（GB/T 7762.1）

适用对象：密封圈、胶管、减震垫等长期处于拉伸或压缩状态的制品。

试验步骤：

1. 试样制备：哑铃型或矩形试样，按标准尺寸裁切；

2. 施加应变：使用夹具将试样拉伸至规定应变率（常用 5%、10%、20%、40%）；

3. 放入臭氧老化箱：设定臭氧浓度（通常 25–300 ppm）、温度（40±2℃）、湿度（≤65% RH）；

4. 持续暴露：观察并记录出现龟裂的时间（临界时间）及裂纹等级；

5. 结果判定：以“无龟裂时间”或“龟裂等级 vs 时间”曲线表示。

4.2 动态应变试验（GB/T 7762.2）

适用对象：轮胎侧壁、传动带、动态密封件等交变应力工况产品。

特点：

• 试样在臭氧环境中周期性拉伸/松弛（频率 0.5–3 Hz）；

• 更接近实际使用状态，加速龟裂形成；

• 可评估材料在动态载荷下的抗臭氧能力。

4.3 典型试验条件推荐

📌 注：浓度越高、温度越高、应变越大，老化越快，但需避免非真实失效模式。

五、影响臭氧老化性能的关键因素